Le plan de la NASA pour transformer l’ISS en laboratoire laser quantique

Plus tard cet été, des physiciens des laboratoires nationaux d’Argonne et de Fermi échangeront des informations quantiques sur 30 miles de fibre optique passant sous la banlieue de Chicago. Un laboratoire va générer une paire de photons enchevêtrés – des particules qui ont des états identiques et sont liés de telle sorte que ce qui arrive à l’un arrive à l’autre – et les envoyer à leurs collègues de l’autre laboratoire, qui extraira les informations quantiques transportées par ces particules de lumière. En établissant ce lien bidirectionnel, les laboratoires deviendront les premiers nœuds de ce que les chercheurs espèrent être un jour un Internet quantique reliant les ordinateurs quantiques à travers le pays.

Une toile quantique est chargée de potentiel. Il permettrait une transmission de données ultra-sécurisée grâce au chiffrement quantique. Les astronomes pourraient étudier des galaxies éloignées avec des détails sans précédent en combinant les rares photons intergalactiques collectés par des télescopes optiques individuels pour créer un superscope distribué. Relier de petits ordinateurs quantiques pourrait créer un nuage quantique et faire évoluer rapidement nos capacités informatiques. Le problème est que l’information quantique déteste les voyages à longue distance. Envoyez des photons intriqués dans le monde réel via la fibre optique et, en moins de 80 km, les interférences environnementales détruiront leur état quantique. Mais si les photons étaient relayés via un satellite à la place, ils pourraient être envoyés vers des destinations à des centaines, voire des milliers de kilomètres de distance. Ainsi, en 2018, la NASA s’est associée au Lincoln Laboratory du MIT pour développer les technologies nécessaires à sa réalisation.

L’objectif du programme National Space Quantum Laboratory, parfois appelé technologie quantique dans l’espace, est d’utiliser un système laser sur la Station spatiale internationale pour échanger des informations quantiques entre deux appareils sur Terre sans lien physique. Le module de la taille d’un réfrigérateur serait fixé à l’extérieur de la station spatiale et générerait les photons intriqués qui transportent les informations quantiques vers la Terre. La démonstration ouvrirait la voie à un satellite qui pourrait prendre les particules enchevêtrées générées dans les réseaux quantiques locaux et les envoyer dans des endroits éloignés.

«À l’avenir, nous verrons probablement des informations quantiques d’Argonne acheminées via une séquence de satellites vers un autre emplacement à travers le pays ou le monde», explique David Awschalom, scientifique principal et chef de groupe quantique au Laboratoire national d’Argonne. « Tout comme avec les télécommunications existantes, le développement d’un réseau quantique mondial peut impliquer une combinaison de plates-formes spatiales et terrestres. »

La NASA n’est pas la première à emmener les technologies quantiques dans l’espace. En 2016, la Chine a lancé un satellite qui a envoyé une paire de photons intriqués dans deux villes distantes de plus de 700 miles. Il s’agissait d’un test critique pour la distribution de clés quantiques à longue distance, qui utilise des particules pour crypter les informations d’une manière presque impossible à briser. Il a démontré que les particules enchevêtrées pouvaient survivre au voyage de l’espace vers la Terre en envoyant au hasard des photons à deux stations au sol et en comparant leur arrivée. Si deux photons sont arrivés en même temps, ils doivent avoir été emmêlés.

C’était une démonstration révolutionnaire, mais «vous ne pouvez pas l’utiliser pour générer un réseau quantique, car les photons arrivent à des moments aléatoires, et cela n’a envoyé aucune information quantique», explique Scott Hamilton, qui dirige la technologie des communications optiques. groupe au Lincoln Lab du MIT. En ce sens, ce que la NASA poursuit est totalement différent. L’agence veut utiliser une technique appelée échange d’enchevêtrement pour envoyer des informations quantiques transportées par des particules enchevêtrées d’un nœud au sol à un autre. Cela nécessite de pouvoir envoyer des photons intriqués avec un timing très précis et de les mesurer sans détruire les informations qu’ils transportent.

L’enchevêtrement est à l’origine de nombreux avantages d’un réseau quantique, car il permet d’échanger des informations entre deux particules, quelle que soit leur distance – ce que Einstein a appelé «l’action fantasmagorique à distance». Ces particules sont généralement des photons, qui peuvent être considérés comme des enveloppes portant des lettres pleines d’informations quantiques. Mais cette information est notoirement délicate. Trop d’interférences du monde extérieur feront disparaître les informations contenues dans les missives quantiques comme de l’encre disparaissant.

Le guide WIRED de l’informatique quantique

Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les qubits, la superposition et l’action fantasmagorique à distance.

En règle générale, les photons intriqués sont générés à partir d’une seule source. Un laser est tiré sur un type spécial de cristal et deux photons identiques sortent; une copie reste avec l’expéditeur, l’autre va au destinataire. Le problème est que les photons intriqués ne peuvent pas être amplifiés lorsqu’ils se déplacent de l’expéditeur au récepteur, ce qui limite la distance qu’ils peuvent parcourir avant que les informations qu’ils transportent ne soient détruites. L’échange d’emmêlement est l’art d’emmêler les photons générés à partir de deux sources différentes, ce qui permet aux photons de passer d’un nœud à l’autre dans un réseau similaire à la façon dont un répéteur relaie les signaux optiques ou radio dans un système classique.

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Written by Naruto Uzumaki

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